Cargas elétricas remotas são facilmente monitoradas, utilizando este simples, dispositivo! Simples porque no circuito são empregados cinco diodos, dos quais um é fotoemissores, e mais um resistor! O dispositivo tanto funciona com 110 como 220 volts, ou outro qualquer valor de tensão CA., sem que para isso seja necessária qualquer modificação no mesmo!
Nota: Este artigo saiu na Revista Saber Eletrônica de setembro de 1981
Entendemos por monitor visual qualquer dispositivo que nos forneça uma indicação luminosa, perfeitamente visível, toda vez que um específico evento esteja ocorrendo, como por exemplo o simples fato de ter-se uma porta aberta.
Entendemos por cargas remotas como todo e qualquer espécie de equipamento situado em localidade relativamente afastada do seu operador, citamos, entre outros, o exemplo das bombas hidráulicas normalmente utilizadas em casas de veraneio ou não, sítios, fazendas, etc., as quais se situam a dezenas e alguns casos a centenas de metros distante do centro de controle, algumas vezes no interior na própria casa.
Posto esse par de conceitos, é imediato concluir que o "monitor visual para cargas elétricas remotas", tema desta publicação, nada mais é do que um aparelho cuja finalidade é a de alertar o usuário do funcionamento de qualquer dispositivo elétrico a ele associado, fazendo-o de forma visual, ou seja, pela emissão de luz. Estando tal dispositivo em repouso, o aparelho aqui descrito deixará de emitir luz caracterizando o não funcionamento da carga sob seu controle.
Em bem da verdade, o nosso circuito pode ser simultaneamente associado às mais diversas cargas elétricas como, ventiladores, calefatores, máquinas de refrigeração ou de lavar, geladeiras, etc., de forma que ao estar, pelo menos, uma delas em funcionamento, o circuito fornecerá a indicação luminosa pertinente a essa condição. Isto propicia ao aparelho mais aplicações; uma delas é em casas comerciais ou mesmo residenciais ou, ainda, em indústrias: ao encerramento do expediente ter-se-á a certeza de que nenhum aparelho elétrico ficou, por esquecimento, ligado podendo provocar durante a noite sérios acidentes como incêndio.
Como inúmeros são os artefatos, inúmeras são as aplicações para este circuito de concepção relativamente simples; um perfeito "ovo de Colombo": muitos o acharão "óbvio—demais, mas poucos tiveram a visão necessária para criá-lo. Como já disse alguém: "As ideias simples e funcionais, ainda que óbvias, são as que trazem maior dificuldade de criação, pertencendo, aos que erroneamente chamamos de gênios, pois eles apenas enxergam as soluções que lhes estão mais próximas!". Para averbar isso podemos citar um sem número de exemplos tais como: zíper (fecho ecler), clips, rolimã, fita gomada, roda ou circunferência, TNT ou dinamite, etc.
INTRODUÇÃO
Àqueles que me conhecem sabem o quão distraído sou! Perco as coisas com a maior facilidade e naturalidade possíveis!
Se já perdi a cabeça?
E quem não a perdeu, nem que seja por uma mulher?!
Sou tão esquecido que chego a esquecer-me que sou do tipo... "esquecido"! A minha distração é tamanha que sou capaz de sair com meu carro e voltar a pé, jurando que ele se encontra na garagem do prédio!
Para ter-se uma ideia da distração, sou capaz de vestir duas meias (de cores diferentes é claro!) e sair para o trabalho apenas com elas e a cueca! Isto se não vestir por distração, as ceroulas do meu pai!
Por diversas vezes já me ocorreu estar na rua e de repente perguntar-me: "O que faço aqui? Para onde vou?" E a solução resulta em retornar para o "meigo lar" quando me lembram que eu teria de ir àquela localidade não hoje, e sim... ontem, pois hoje é, nada m is que domingo!
O que mais me quizila são os amigos que perturbam minhas ideias, tentando gozar-me do meu mui natural esquecimento! Isso, é claro, quando chego a lembrar-me que eles fazem isso comigo!
Felizmente a distração a que estou propenso não me afeta arduamente, apenas traz alguns dissabores e me põe em situações em pouco embaraçosas ainda que momentaneamente pois ao cabo de dois minutos ter-me-ei esquecido delas! Acontece que no outro dia ocorreu-me um fato um pouco(?!) perigoso: após deliciar-me por algumas horas com a eletrônica fui deitar-me tomando, porém, a precaução (!!) de verificar se havia desligado todos os instrumentos e lâmpadas do meu micro laboratório. Dormi feito urso polar em hibernação! No dia seguinte, ao acordar, pude perceber cheiro de papel a queimar-se. Corre daqui, corre acolá, família em alvoroço à procura do que estava ocasionando tal cheiro tão característico. Poucos minutos depois algum teve a feliz ideia de ir até o micro laboratório; mal foi aberta a porta, tamanha era a quantidade de fumaça que derrubou a "madama" Vilma, minha esposa, se não me falha a memória! Nem sequer foi necessário chamar o bom amigo Sherlock Holmes! O "negócio" estava tão elementar que o próprio Watson deslindou o mistério: na noite anterior me esqueci, como é natural, desligar o ferro de soldar o qual, certamente pelo vento, veio a cair bem encima da minha coleção da ELETRÔNICA, fazendo um "baita rombo dos diabos"! O resto o leitor pode prever...
Mais forte do que a Santa (?) Inquisição de uns séculos atrás, a "Marocas" procedeu a seguinte ultimatum: "Ou você fecha, de uma vez por todas, essa... (censura) de laboratório ou eu me "mando" para a casa de meus pais! E olha, levo junto as duas inocentes crianças que nada têm a ver com tuas maluquices! Seu babaca!
Não tive outro remédio: o "Pafúncio" aqui fechou o laboratório por umas semanas, enquanto isso tentava encontrar meios para reativá-lo, porém tinha de fazê-lo de forma segura e sobretudo convincente
Dias depois levei ao conhecimento da "madama inquisidora" a minha ideia de idealizar um circuito capaz de avisar que o ferro de soldar, ou qualquer outro instrumento ou ferramenta elétrica, se encontrava ligado. No momento de encerrar o expediente "eletricista" eu perceberia esse aviso e tomaria as providências necessárias.
Após muitos argumentos e discussões, e ela estando fortemente convicta que eu me lembraria de olhar para o aviso luminoso, acabei vencendo e mais rápido que o pensamento me pus a idealizar o circuito -isto foi feito na cozinha lá de casa: não sei o porquê da "madorna" não me permitir o acesso ao "Iab" para tal!
Quando estava dando os últimos retoques à minha 'Mona Lisa Eletrônica' me aparece a "madorna" com uma burundanga que não mais tinha tamanho! "Não adianta bolar um circuito de aviso pois aí, seu cretino, acabarás por deixá-lo ligado e o incidente já passado irá repetir-se de outra forma, e eu não estou a fim de morrer como a Joana D'Arc!"
Com a paciência que Deus me deu, parti para outro circuito que não poderia ser alimentado com pilhas pois minha mesada anda meio curta!
Motivo pela gana de voltar a lidar com os Os, poucas horas depois, ou dias não sei ao certo, aconteceu! Aconteceu o nascimento do monitor visual que me propus apresentar.
Graças a ele pude retornar ao meu mui querido micro laboratório, contanto que estas linhas foram, em homenagem, escritas em seu interior! E para que outros "Pafúncios", também da eletrônica, não a passar o que passei, resolvi tornar-se de público a brilhante ideia que resolveu os problemas, pelo menos enquanto a "patroa" pensar que eu realmente verifico o monitor todas as noites antes de deitar-me!
Se ela suspeitar de alguma coisa... "tô roubado"! Vou apanhar mais do que charuto em boca de bêbado!!
O CIRCUITO
O funcionamento do circuito baseia-se no princípio de que qualquer diodo de estado sólido apresenta uma diferença de potencial entre seus dois terminais anodo (A) e catodo (C) quando diretamente polarizado ("+" no anodo e "-" no catodo). Essa diferença de potencial, como é de nosso conhecimento, é da ordem de 0,6 volts para os diodos de silício e de uns 0,2 volts para os de germânio.
Pois bem, se a "gente" interligar três diodos retificadores de silício em série como mostra a figura 1, obteremos uma diferença de potencial da ordem de 1,8 volts entre os pontos A e C, resultado este que é o produto de 3 vezes 0,6 V, ou seja, 0,6 V + 0,6 + 0,6 V. O valor dessa diferença de potencial é praticamente independente da corrente que circula pelo conjunto de semicondutores constituindo-se por isso, em um regulador de tensão, ou melhor em diodo zener de 1,8 volts, porém com elevado poder de manipulação de corrente.
É por falar em corrente, antes que eu me esqueça, o valor máximo é estabelecido pelo tipo de diodo utilizado um (1 N4001) pode circular correntes de amplitude de até 1 A, segundo o fabricante.
Ora, a ddp de 1,8 volts é mais do que suficiente para alimentar um diodo eletroluminescente, ou LED, o qual requer um valor de tensão direta por volta de 1,4 volts para poder emitir luz com bastante intensidade, havendo por isso necessidade de um resistor limitador de corrente para o mesmo a fim de propiciar a queda de potencial de 0,4 volts, sem o que o foto-emissor se danificaria irremediavelmente. Temos aí o circuito apresentado na figura 2.
O valor resistivo do resistor R1 do circuito da figura 2 pode ser calculado, em primeira aproximação, da seguinte forma: 400
R1 = 400 / I
I — corrente circulante pelo resistor ou por LED1, em mA
400 — queda de potencial provocada pelo resistor R1
Se considerarmos que o valor de 20 mA para I provoca boa emissão de luz por parte do foto-emissor, chegamos ao seguinte.
R1 = 400 / 20 ohms
R1 = 20 ohms
Como o valor de 20Ω não comercial, temos duas opções: ou passar para o imediatamente maior (22Ω ou para o imediatamente inferior (18Ω). Optaremos pelo último pois teremos mais luminosidade normalmente desejada em ambientes fortemente iluminados; com isso não poremos em risco a integridade que pode "guentar" até uns 50 mA sem qualquer problema a não ser a sua vida útil que se tornará menor. Certamente não teremos alcançado esse "bruto" valor, senão vejamos:
R1 = 18 ohms ( 400 / I )
I = 18 mA
R1 = 22,2 ohms
Acontece que um diodo luminescente, ao ser percorrido por esse "elevado" valor de corrente, aumenta a queda direta entre catado e anodo tornando a ddp sobre R1 menor que os 400 mV considerados e, em consequência, esse valor de corrente se tornará um pouco menor que o calculado.
Vemos agora "pendurar" esse circuito (figura 2) a uma carga e, é claro, a uma fonte de tensão que inicialmente consideraremos contínua tal qual nos mostra a figura 3. Que sucederá?
Nada se o interruptor K1 estiver aberto! Mas tão logo ele seja comutado parte da corrente que circula pela carga irá passar via R1 e LED1 fazendo "acender" este último fornecendo a indicação visual que a carga se encontra devidamente alimentada. Agora é só imaginar a carga bem distante do interruptor da mesma ainda que não possamos vê-la ou mesmo escutá-la
Será pedir muito se o circuito proposto, figura 3, não tivesse limitações. A primeira delas é quanto a tensão da fonte B1: ela não pode ser inferior a 1,8 volts e se for igual, certamente a carga não irá funcionar. Outra, consequência da anterior, é a necessidade de utilizar cargas que puxem correntes de valor maior que o solicitado pelo braço R1 - LED 1; por este motivo vemos que cargas a operar com reduzido valor de tensão como, por exemplo, cargas de circuitos integrados TTL (5 volts, para quem não sabe) ficam comprometidas no que tange ao seu funcionamento a menos, é claro, que venhamos a aumentar a tensão das fontes de alimentação para tais cargas em aproximadamente 1,8 volts - justamente o valor da queda proporcionada pelos três diodos D1 a D3 (figura 3).
Para cargas que operem com tensões c.a. é necessário substituir a fonte de alimentação c.c. B1 por uma fonte c.a. que pode ser originária da rede elétrica diretamente ou através de um transformador, e aí teríamos o mostrado na figura 4. Contudo este outro circuito não oferece os resultados esperados. De fato, o conjunto de diodos D1 a D3 ou mesmo R1-LED1 (figura 4) propicia a retificação da tensão de alimentação, e como essa retificação é de meia onda a carga só receberá os semiciclos positivos da tensão c.a. de alimentação e, por esse motivo, o seu funcionamento se verá comprometido, aliás, seriamente comprometido.
Além desse sério inconveniente, não pode ser ignorada a tensão inversa a que ficará submetido o diodo luminescente durante os semiciclos negativos da fonte de alimentação F1 - figura 4: se o valor dessa tensão for superior à tensão reversa do foto-emissor (da ordem de algumas dezenas de volts) o LED se danificará irremediavelmente.
Para contornar tais deficiências do circuito da figura 4, bastará prover ao mesmo um quarto diodo retificador com orientação contrária aos demais diodos do circuito, como é mostrado pela figura 5.
Será que o novo circuito funciona?
Vejamos: quando a tensão c.a. for tal que o potencial no ponto A seja maior que do ponto B, isto é, Va > VB, o diodo D4 por se encontrar inversamente polarizado não conduzirá, porém será a vez dos diodos D1 a D3 e fazê-lo, propiciando a queda de 1,8 volts que também irá polarizar diretamente o foto-emissor LED1 que passará a emitir luz enquanto perdurar a condição VA > VB. No semiciclo seguinte têm-se VB > VA com o que os diodos D1 a D3 ficam inversamente polarizados assim como foto-emissor que se verá impossibilitado de emitir luz; por outro lado o diodo D4 passa a conduzir fortemente propiciando uma ddp da ordem de 0,6V entre anodo e catodo, protegendo o fot0-emissor contra tensões reversas de elevado valor.
Ora, como a tensão c.a. de alimentação apresenta um valor de frequência igual a 60 Hz, o diodo luminescente LED1 irá piscar à razão de 60 vezes por segundo, porém não poderemos perceber qualquer espécie de cintilamento devido à persistência da retina do olho humano que é da ordem de 0,1 segundos (10Hz, em termos de frequência). Disto concluímos que o valor de 18 para o resistor R1, conforme foi estabelecido anteriormente, não comprometerá a vida útil do LED como já suspeitávamos.
Assim como os circuitos anteriores, este circuito, figura 5, apresenta o mesmo inconveniente: para cargas cuja alimentação é compatível com a queda provocada pelos diodos D1 a D3, o circuito não é aplicável, mas felizmente, eu o utilizei para cargas diretamente comandadas pela tensão da rede ou seja, 110 volts c.a., contudo, nada impede que ele seja utilizado com tensões de menor ou mesmo de maior já que a ddp entre os extremos do braço D1- D2-D3 será de 1,8 volts independentemente da tensão requerida pela carga.
A figura 6 nos mostra o circuito completo do MONITOR em que o interruptor K1 é o existente para o acionamento da carga elétrica (no caso do ferro de soldar não existe tal interruptor pois ele é diretamente ligado à rede elétrica). Quanto à carga não há limitação de potência só que os diodos retificadores utilizados devem ser tais que permitam, com bastante folga, a passagem solicitada pela mesma; no meu caso em particular utilizei três 1 N4002 para D 1 a D3 e um 1 N4007 para D4 o qual apresenta elevado valor de tensão de ruptura inversa, e com esse conjunto cheguei a operar uma lâmpada incandescente de 100 W (para cargas de maior potência recomendo utilizar o tipo 1 N4007).
Para ser franco, estou pensando na instalação de um circuito desses, utilizando os diodos 1 N4007, em cada tomada da minha bancada por aí terei certeza se deixei ligado algum aparelho àquelas tomadas e é bem provável que instale o conjunto no interior da própria tomada devido ao reduzidíssimo tamanho do dispositivo, o LED, é claro, ficará, assim espero, pelo lado de fora, encaixado no furo especialmente concebido na tomada para essa finalidade.
Os leitores mais argutos certamente já notaram que não existe polaridade para o "circuitinho-: basta que ele fique em série com a carga e pronto, estará funcionando! Eu próprio fiz essa experiência utilizando uma lâmpada de 100 W como carga, quando, então, procedi à leitura das tensões abaixo descritas, utilizando-me de um voltímetro a.c. analógico:
entre os pontos C e D (figura 5): 1,75 V
entre os pontos E e D (figura 5): 1,35 V
entre os pontos C e E (figura 5): 0,40 V
A partir da queda de potencial provocada sobre R1 (0,4 V) podemos determinar a máxima corrente a circular pelo diodo luminescente, ou seja, valor bem inferior ao máximo permitido pelo fabricante do semicondutor.
I = [ V(R1) / R1 ]
I = 0,4 / 18
I = 22,2 mA
A MONTAGEM
Eis aqui uma tarefa que não traduz qualquer dificuldade, mesmo para àqueles que estão pouco familiarizados com um ferro de soldar!
Dentre as muitas opções possíveis apenas iremos tecer superficiais comentários sobre a montagem em uma tira de terminais e na conhecida montagem denominada "teia de aranha" onde as lides dos próprios componentes são utilizadas como suporte mecânico a fim de prover a devida resistência mecânica ao conjunto. De qualquer forma caberá ao leitor estabelecer a montagem que lhe for mais propícia às suas necessidades, extraindo daqui informes bastante úteis para o que tem em mente - na figura 7 consta a identificação dos terminais dos semicondutores utilizados no nosso MONITOR.
O chapeado da figura 8 dá uma ideia da montagem em uma tira de terminais como bem o gosta de fazer o amigo Newton C. Braga, Diretor Técnico da Revista. O interruptor K1 é optativo podendo ser utilizado quando se desejar desligar a carga sem ter que "puxar a tomada"; é claro que seus contatos devem ter capacidade de manipulação da corrente requerida pela carga bem como os fios que a interligam à rede elétrica e ao circuito - fio 18 AWG oferece bons resultados, dando preferência ao 14 AWG no caso de cargas bem "parrudas".
A montagem em "teia de aranha" é a mais simples de todas se bem que para isso paguemos o justo preço de um acabamento deficiente e a probabilidade de que venham ocorrer curtos-circuitos a menos que sejam devidamente isolados todos os pontos de solda e lides dos componentes. A figura 9 mostra o chapeado, sendo aqui também válidas todas as considerações acima feitas para a montagem em tira de terminais.
Qualquer que seja o método de montagem utilizado não poderemos em hipótese alguma, inverter a posição dos semicondutores; se isto ocorrer o circuito não irá funcionar e em alguns casos o diodo luminescente será irremediavelmente danificado. Tenha, portanto, muito cuidado com a polaridade dos cinco diodos na hora da montagem, não faça como eu: esquecer-se disso!
